采煤機智能調(diào)高控制理論與技術(shù).pdf

1、煤炭是我國的主要能源，煤炭開采綜合機械化及其工作過程自動控制成為煤炭工業(yè)增加產(chǎn)量，提高勞動效率，減少重大惡性事故和改善勞動條件的重要手段。采煤機及其控制系統(tǒng)是煤炭開采過程的主要設(shè)備，采煤機的工作過程包括滾筒調(diào)高和牽引控制。在采煤機的工作過程中，根據(jù)采煤工藝、煤層與煤巖界面狀態(tài)以及支護要求調(diào)整采煤機滾筒高度，通過牽引運動后，旋轉(zhuǎn)的滾筒即可切割出一定位置和形狀的頂、底面，即得到特定的截割路徑。截割路徑直接決定產(chǎn)品質(zhì)量(含矸量)與資源回收率，

2、因此，采煤機合理的調(diào)高策略與先進的控制技術(shù)研究是一個受到廣泛關(guān)注的重要問題。 目前，采煤機的滾筒調(diào)高多采用人工觀測為依據(jù)的手動調(diào)整或人工調(diào)整試切割基礎(chǔ)上的幾何軌跡記憶切割。人們也嘗試過在采煤機上安裝傳感器進行煤巖界面識別，然后根據(jù)此信息直接進行滾筒高度的反饋控制，試圖實現(xiàn)采煤機滾筒自動調(diào)高。但是，由于煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和煤巖界面識別的技術(shù)問題，加之還要考慮綜合采煤機械化對頂、底板的要求，這種基于簡單反饋控制的滾筒自動調(diào)高技術(shù)沒

3、有得到成功的應(yīng)用和推廣。 為了在綜合考慮各種因素的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)以提高產(chǎn)品質(zhì)量與資源回收率為目標的采煤機滾筒高度自動控制，作者提出以切割狀態(tài)(切割煤或巖)辨識為基礎(chǔ)，并與采空區(qū)及巷道頂板信息相融合，進而預(yù)測煤巖界面，最終實現(xiàn)滾筒路徑優(yōu)化與自動調(diào)高的控制策略。為此，進行了一系列理論與實驗研究，得到較好的控制效果，為采煤機滾筒智能調(diào)高控制系統(tǒng)設(shè)計提供了理論依據(jù)。 本項目研究的基本思路是：在采煤機上配置相應(yīng)傳感器采集信號后進行煤

4、巖界面識別，將該信息與巷道頂板信息、采空區(qū)頂板信息進行融合。然后，把融合后的信息追加到“歷史頂板”數(shù)據(jù)庫，利用該數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容預(yù)測工作面前方煤層的頂板狀態(tài)，根據(jù)預(yù)測的頂板信息、煤質(zhì)要求和支護要求優(yōu)化截割路徑，以獲取最大資源回收率和最好的產(chǎn)品質(zhì)量。最后，利用設(shè)計的控制器實現(xiàn)滾筒對優(yōu)化路徑的跟蹤。隨著工作面的推進，已知信息不斷增加，預(yù)測信息越來越可靠，因此降低了對煤巖界面識別的依賴性，增加了系統(tǒng)的魯棒性；而且，考慮煤層賦存條件和采煤工藝等約束

5、條件，增加了系統(tǒng)的實用性。 為實現(xiàn)上述方案，在現(xiàn)有的基于多傳感器信息融合的煤巖界面識別技術(shù)的基礎(chǔ)上，本文重點開展了以下理論和技術(shù)的研究： 1)采煤機智能調(diào)高系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究 在詳細分析采煤機智能調(diào)高系統(tǒng)功能及其復(fù)雜性的基礎(chǔ)上，提出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系采用適于復(fù)雜問題求解的黑板結(jié)構(gòu)。該體系由黑板和煤巖界面識別、煤巖界面預(yù)測、滾筒截割路徑規(guī)劃和截割軌跡跟蹤等四個工作模塊組成，黑板中記錄各工作模塊所需的各層次的信息及其結(jié)果

6、，各工作模塊采用異步并發(fā)工作方式工作； 2)煤巖界面信息融合和預(yù)測方法研究 在煤巖界面信息融合和預(yù)測工作模塊中，首先，將巷道煤巖界面信息和采空區(qū)的“歷史頂板”數(shù)據(jù)庫信息利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行融合，然后，利用D-S證據(jù)理論對上述融合后的信息和煤巖界面的識別結(jié)果進行再融合，融合后的信息追加到“歷史頂板”信息庫中，利用追加后的“歷史頂板”信息庫信息借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對工作面前方煤層進行煤巖界面預(yù)測。通過對復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造煤層的煤巖界面仿真研究

7、表明：1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息融合方法可以以較高的精度描述煤巖界面，但對原始信息的誤差比較敏感。2)通過D-S證據(jù)理論信息再融合可減小誤差，精度滿足工程需要。3)隨著工作面的推進，預(yù)測誤差減小。 3)滾筒截割路徑規(guī)劃理論與方法研究 在滾筒路徑的規(guī)劃工作模塊中，通過浮點編碼的遺傳算法對具有褶皺、斷層和陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造的工作面的滾筒的路徑優(yōu)化。結(jié)果表明：該方法可以實現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造下的滾筒的截割路徑的優(yōu)化。 4)采煤機調(diào)高液壓